照鏡子為什么能成像
——基于概念轉(zhuǎn)變與學(xué)習(xí)進(jìn)程的教學(xué)設(shè)計(jì)

江蘇南京市五老村小學(xué)（210002）肖 娟

師：我們照鏡子為什么能成像呢？

生1：因?yàn)橛泄?，光將這個(gè)屋子照亮了。

生2：光照在鏡子上，我們就能看到鏡子里的樣子。

……

通過多次試教，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難將光的反射和照鏡子建立聯(lián)系。即使在學(xué)生已經(jīng)獲知幾乎每樣?xùn)|西都可以反射光的概念的基礎(chǔ)上，在解釋照鏡子為什么能成像這一現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生仍然采用先前的經(jīng)驗(yàn)，沒有將新的概念遷移到新的情境中，沒有轉(zhuǎn)變以前的認(rèn)識(shí)方式。問題出在哪呢？

韋鈺院士翻譯的溫·哈倫所著的《科學(xué)教育的原則和大概念》一書，介紹了科學(xué)家對(duì)全球科學(xué)教育的一些看法：科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)概念。科學(xué)是復(fù)雜的，為了掌握這種復(fù)雜性，似乎需要一個(gè)由概念、理論和原理組成的巨大陣列?？茖W(xué)包含大大小小無數(shù)的概念，底層孤立的小概念可以聚合成相關(guān)的較大概念，一直延續(xù)下去，可以歸納成數(shù)目較少的核心概念（大概念）。

小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并為他們繼續(xù)學(xué)習(xí)、成為合格公民和終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。科學(xué)教育的對(duì)象不是科技工作者，而是接受教育的每一個(gè)人。在日常生活中，人們經(jīng)常面臨的是有關(guān)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)（STEM）的綜合問題，而不單單是科學(xué)問題。對(duì)他們而言，與之經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系更為明顯、緊密的大概念更為有用。同時(shí)，神經(jīng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，相互聯(lián)系的大概念，較之沒有聯(lián)系的小概念，在遇到新情況時(shí)更容易被運(yùn)用。所以，在教學(xué)過程中，除促使學(xué)生的前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念、錯(cuò)誤概念轉(zhuǎn)變?yōu)檎_概念、模糊概念轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦拍钪猓€要讓孤立的概念轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?nèi)涵和外延的概念，即小概念轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟾拍?。而完成這個(gè)概念轉(zhuǎn)變的過程即為學(xué)習(xí)的過程。

圖1展示了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中各個(gè)方面的相互關(guān)系，三個(gè)要素是相互關(guān)聯(lián)的。在大概念理念的指導(dǎo)下，如何設(shè)計(jì)三要素以提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果呢？

圖1 學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中各個(gè)方面的相互關(guān)系

一、創(chuàng)設(shè)趣味情境，保護(hù)學(xué)生的求知欲

小學(xué)生以形象思維為主，有趣且來源于生活的活動(dòng)可以提升學(xué)生的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)是與生活息息相關(guān)的。蘇教版教材五年級(jí)上冊(cè)《照鏡子》一課中設(shè)計(jì)了陽光打靶的趣味活動(dòng)，活動(dòng)來源于學(xué)生的生活，貼近學(xué)生的認(rèn)知。大部分學(xué)生已經(jīng)知道這是光的反射現(xiàn)象，極少數(shù)學(xué)生將反射和折射混淆。陽光打靶游戲能夠很好地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到光遇到物體后行進(jìn)路線發(fā)生改變的現(xiàn)象。但是陽光打靶和照鏡子之間有什么關(guān)系呢？光的行進(jìn)路線改變與照鏡子成像之間有什么聯(lián)系呢？

為解決上述問題，筆者前置了一個(gè)小游戲——黑暗中看畫。趣味游戲引導(dǎo)學(xué)生想辦法看到暗室里的畫。漆黑的室內(nèi)為什么看不見畫呢？怎樣在不打開室內(nèi)燈的情況下看清楚畫呢？為什么借助鏡子就可以將光引到畫上呢？為什么光照到畫上，我們就能看見呢？一個(gè)個(gè)問題可以幫助學(xué)生糾正之所以能看見物體，是因?yàn)槿搜郯l(fā)出光芒的錯(cuò)誤認(rèn)知，建立看見物體需要有光的正確但模糊的概念?；谇案拍罟庠诳諝庵醒刂本€行進(jìn)，根據(jù)光源、光斑等明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生能夠大膽猜測(cè)出光行進(jìn)路線在遇到鏡子后發(fā)生改變。由此，學(xué)生對(duì)光在空氣中沿直線行進(jìn)的概念就轉(zhuǎn)變?yōu)楣庠谛羞M(jìn)中遇到鏡子，行進(jìn)路線會(huì)發(fā)生改變。

只有鏡子可以改變光的行進(jìn)路線嗎？學(xué)生會(huì)提到玻璃、光盤等表面光滑的物體，這是學(xué)生的前概念。其他表面粗糙的物體呢？如，木板、泡沫板、抹布等。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)家在遇到類似問題時(shí)也需要進(jìn)行試驗(yàn)研究。怎么研究呢？本課設(shè)計(jì)中，筆者依據(jù)真實(shí)情境，為學(xué)生簡(jiǎn)化對(duì)應(yīng)模型。在黑暗的環(huán)境中，學(xué)生借用模型可以清楚地看到木板、泡沫板、抹布等表面粗糙的物體也可以改變光的行進(jìn)路線，發(fā)生光的反射現(xiàn)象。這樣，學(xué)生將光在行進(jìn)中遇到鏡子時(shí)行進(jìn)路線會(huì)發(fā)生改變的概念擴(kuò)展為光在行進(jìn)中遇到很多物體時(shí)行進(jìn)路線都會(huì)發(fā)生改變，遇到的物體表面越光滑反射效果越明顯。

鏡子除了用來陽光打靶，還可以用來干什么呢？照鏡子為什么能成像呢？學(xué)生已經(jīng)掌握很多物體都可以反射光的概念，能成功遷移到照鏡子成像的新情境中嗎？結(jié)果是不盡如人意的，只有少數(shù)學(xué)生能夠成功轉(zhuǎn)變概念，畢竟很多物體都可以反射光的概念跟他們的常識(shí)是相違背的。此時(shí)，需要教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新情境，讓學(xué)生在情境中繼續(xù)像科學(xué)家一樣進(jìn)行研究。本課中，筆者讓學(xué)生在黑暗的環(huán)境中照鏡子，在有手電筒光的環(huán)境中照鏡子，比較手電筒光照射到臉上和照射到鏡子上時(shí)成像的效果，從而發(fā)現(xiàn)光對(duì)于照鏡子成像的重要作用，進(jìn)而讓學(xué)生理解照鏡子為什么能成像的道理。

二、倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)，突出學(xué)生的主體地位

像科學(xué)家一樣主動(dòng)去探究周圍世界，學(xué)生能夠更加清楚地知道科學(xué)概念的發(fā)展，而不是被動(dòng)接受教師提供的事實(shí)和概念。因此，教師應(yīng)采用探究式教學(xué)方式，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位。

探究的問題最好由學(xué)生自己提出，或是讓學(xué)生感覺是自己提出的?！霸鯓訉⑼饨绲墓庖M(jìn)來？”“其他物體能不能改變光的行進(jìn)路線呢？”“照鏡子需要什么條件？”這些問題都是教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境后，學(xué)生自主提出來的。對(duì)于這些問題，學(xué)生或多或少有一些想法。例如，表面光滑的物體也可以改變光的行進(jìn)路線；燈光照在鏡子上，才能看到鏡子里的人像。這是未實(shí)驗(yàn)前的前概念，是對(duì)探究問題的假設(shè)。小組實(shí)驗(yàn)后匯報(bào)，學(xué)生可以清楚地將實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、說明的問題以及他們最終得出的結(jié)論跟全班同學(xué)分享。

經(jīng)歷了這個(gè)探究活動(dòng)，學(xué)生不僅發(fā)展了很多物體都可以改變光的行進(jìn)路線的概念，已有概念得到轉(zhuǎn)變、升級(jí)，而且學(xué)會(huì)了如何將真實(shí)情境轉(zhuǎn)換為模擬情境，能夠像科學(xué)家一樣，簡(jiǎn)化問題，抽取關(guān)鍵、核心因素，用模型研究復(fù)雜問題，能體會(huì)到團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性。作為一個(gè)小組，大家相互幫助，共同解決探究過程中的個(gè)個(gè)難題。經(jīng)歷了一個(gè)個(gè)探究活動(dòng)，學(xué)生不僅找到特定問題的答案，對(duì)大概念有更深刻的理解，而且學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)態(tài)度也有了較大的發(fā)展。

當(dāng)然，不是所有環(huán)節(jié)都要探究，有些部分可以直接告知，如反射和折射的區(qū)別，這樣幫助學(xué)生掃除障礙，搭建轉(zhuǎn)變核心概念的腳手架。這要求教師理解大概念以及趨向大概念的發(fā)展方向。

三、活用評(píng)測(cè)方法，調(diào)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程

評(píng)測(cè)手段包括形成性評(píng)測(cè)和終結(jié)性評(píng)測(cè)兩種方式。形成性評(píng)測(cè)是一種在教學(xué)過程中能幫助教師實(shí)時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的評(píng)測(cè)手段，為教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃、改進(jìn)教學(xué)方法提供參考。終結(jié)性評(píng)測(cè)一般是在教學(xué)告一段落，為了解教學(xué)效果而進(jìn)行的評(píng)測(cè)手段。在教學(xué)中，為及時(shí)調(diào)控教學(xué)進(jìn)程，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，形成性評(píng)測(cè)是一種常用的評(píng)測(cè)手段。

形成性評(píng)測(cè)主要作用是帶來反饋，反饋的對(duì)象不僅是施教者的教師，也包括受教者的學(xué)生。學(xué)生根據(jù)反饋結(jié)果知道學(xué)習(xí)活動(dòng)的目的以及為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需要做出的努力，從而有效管理自己的學(xué)習(xí)活動(dòng)，增加課堂的參與度。教師根據(jù)反饋結(jié)果來判斷學(xué)生的能力，調(diào)控后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)，從而使教學(xué)活動(dòng)不至于太復(fù)雜，超越學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，也不至于太簡(jiǎn)單，調(diào)動(dòng)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但評(píng)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)若是設(shè)置不合理，將會(huì)影響上述作用的發(fā)揮。評(píng)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)具體的課程目標(biāo)，短期的課程目標(biāo)逐步趨向長(zhǎng)期目標(biāo)，最終發(fā)展為大概念。

為發(fā)展科學(xué)大概念而使用形成性評(píng)測(cè)手段，教師可以做什么呢？提問是收集學(xué)生學(xué)習(xí)信息的有效的方法。提問的方式有很多。如果想知道學(xué)生的具體想法，可以問：“你是怎么想的？”這類簡(jiǎn)答題；當(dāng)學(xué)生回答有困難時(shí)，教師會(huì)給一些提醒，如“什么是……”這樣的選擇題；當(dāng)學(xué)生還是無法做出判斷時(shí)，教師只能繼續(xù)妥協(xié)，變選擇題為判斷題——“什么是不是……”。從簡(jiǎn)答題、選擇題到判斷題，問題的開放程度逐步降低，學(xué)生思考的時(shí)間和維度也在降低，即使做出了正確的回答，也不一定是思索后的結(jié)果，可能是恰巧蒙對(duì)了。錯(cuò)誤的反饋妨礙了教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)信息的收集，導(dǎo)致教師不能正確地把控學(xué)習(xí)的進(jìn)程和效果。因此，為保證教學(xué)活動(dòng)的開放性，讓學(xué)生先前的經(jīng)驗(yàn)充分顯性化，以便教師因勢(shì)利導(dǎo)地開展有效的教學(xué)活動(dòng)，課堂上應(yīng)多一些簡(jiǎn)答題，少一些選擇題和判斷題。例如，《照鏡子》一課就是由幾個(gè)問題串起來的：“為什么看不到墻上的畫呢？怎樣才能看見墻上的畫呢？你是怎么做到的呢？只有鏡子能反射光嗎？照鏡子為什么能看到里面的像呢？”

對(duì)于問題的回答，學(xué)生可以有多種方式，如口述、畫圖、書寫和概念圖等。圖2（a）（b）（c）是學(xué)生用畫圖的形式來解釋為什么外面的光能照射到室內(nèi)的圖畫上。圖（a）清晰地揭示出該學(xué)生沒有明確光是運(yùn)動(dòng)的這樣一個(gè)事實(shí)；圖（b）反映出該學(xué)生忽視了光是連續(xù)行進(jìn)的事實(shí)；圖（c）表明該學(xué)生的認(rèn)識(shí)趨近科學(xué)的概念。學(xué)生之間相互討論、交流，在解說與傾聽的過程中逐步認(rèn)識(shí)到原有想法的不足，模糊的概念變得越來越清晰。

圖2：學(xué)生解釋為什么外面的光能照射到室內(nèi)的畫上

口述是課堂上常見的表達(dá)方式。本節(jié)課中需要學(xué)生充分表達(dá)自己的想法。在研究幾乎所有物體都能反射光的基礎(chǔ)上，教師提問：“照鏡子為什么能成像呢？”“因?yàn)橛泄??！薄盀槭裁从泄饩湍艹上衲?？”學(xué)生無法解釋清楚，說明“幾乎所有物體都能反射光”的知識(shí)沒有成功遷移到新的問題上。這時(shí)，教師需要為學(xué)生構(gòu)建照鏡子之所以能成像是因?yàn)槲矬w能夠反光的概念搭建新的腳手架。經(jīng)歷過在黑暗的環(huán)境下借用手電筒照鏡子的活動(dòng)后，有學(xué)生能夠說道：“手電筒的光照射到人臉上，人臉能夠反射光，將光反射到鏡子后，又在鏡子表面發(fā)生反射，最后照射到我們眼里，所以我們能看到鏡子里的自己?！蓖ㄟ^口述，可以看出學(xué)生已經(jīng)成功地將照鏡子成像與光的反射建立聯(lián)系。但只有少數(shù)學(xué)生能說清楚還不行。要讓少數(shù)學(xué)生的想法成為全班的共識(shí)，教師就要放慢節(jié)奏，讓更多的學(xué)生說一說自己的想法。思想的碰撞有助于學(xué)生概念的轉(zhuǎn)變和科學(xué)概念的建構(gòu)。

本課中，筆者通過創(chuàng)設(shè)趣味情境，將學(xué)生的前概念顯性化，了解到學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)中已經(jīng)有了“鏡子能夠反射光”的前概念。在尋找替換材料的活動(dòng)中激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突：是不是只有鏡子能改變光的行進(jìn)路線？引導(dǎo)學(xué)生自己尋找證據(jù)、解釋證據(jù)，交流與分享，最終構(gòu)建了“幾乎所有物體都能反射光”的更寬泛概念。這樣，思維有了跨越性發(fā)展，想法變得更為有用。概念由孤立的轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?nèi)涵和外延的，屬于螺旋式的學(xué)習(xí)進(jìn)程。學(xué)生能解釋室外的光為什么能照到室內(nèi)的畫上，卻無法解釋照鏡子為什么能成像的理由，即無法用已有的概念去解釋本質(zhì)相同、但出現(xiàn)在不同的背景下的現(xiàn)象。教師需要幫助學(xué)生建立二者之間的聯(lián)系，將碎片化的概念聯(lián)系起來，發(fā)展為更大的概念——物體可以被看見，因?yàn)樗鼈冏陨戆l(fā)光或是因?yàn)楫a(chǎn)生反射光，都可以被人眼檢測(cè)到。這個(gè)概念的發(fā)展過程屬于拼圖式學(xué)習(xí)進(jìn)程。無論哪種學(xué)習(xí)進(jìn)程都是為了發(fā)展為更大的概念，無論哪種概念的發(fā)展，都是為了提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，使他們不斷地探究科學(xué)世界。